WO2023199604A1 - 液体処理装置及び液体処理方法 - Google Patents

液体処理装置及び液体処理方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2023199604A1
WO2023199604A1 PCT/JP2023/006267 JP2023006267W WO2023199604A1 WO 2023199604 A1 WO2023199604 A1 WO 2023199604A1 JP 2023006267 W JP2023006267 W JP 2023006267W WO 2023199604 A1 WO2023199604 A1 WO 2023199604A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
electrode
liquid
cylindrical space
plasma
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/006267
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
英孝 宮▲崎▼
Original Assignee
日本未来科学研究所合同会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本未来科学研究所合同会社 filed Critical 日本未来科学研究所合同会社
Publication of WO2023199604A1 publication Critical patent/WO2023199604A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/50—Treatment of water, waste water, or sewage by addition or application of a germicide or by oligodynamic treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/30—Plasma torches using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • the present invention relates to a liquid treatment device and a liquid treatment method.
  • Patent Document 1 proposes a multi-gas plasma jet device that aims to stably convert various gases into low-temperature plasma under atmospheric pressure.
  • the device of Patent Document 1 includes an insulated tube having a target gas inlet and a plasma ejection port, and the insulated tube is installed along the outer periphery of the insulated tube or is sealed inside the insulated tube, and its long axis is arranged in the direction from the inlet to the ejection hole.
  • the insulating tube is equipped with an electrode section having a strip-shaped electrode, and a power supply section that applies a predetermined voltage to the electrode section to generate a glow discharge under atmospheric pressure within the insulating tube.
  • the plasma jet device described in Patent Document 1 is thought to be able to eject multi-gas plasma made of low-temperature plasma generated by glow discharge inside an insulated tube from the ejection port of the insulated tube, and perform treatment on the surface of a material. It will be done.
  • this plasma jet device to the treatment of liquids such as water.
  • Patent Document 2 discloses a decompression chamber, a box-shaped water tank disposed inside the decompression chamber and storing water to be treated, a pair of electrodes disposed inside the decompression chamber, and a pair of electrodes disposed inside the decompression chamber.
  • a power source for applying an alternating current voltage to the electrodes, and the pair of electrodes include a flat electrode positioned above the water surface of the water to be treated stored in the water tank; a dielectric material provided on the lower surface side of the electrode and facing the surface of the water to be treated stored in the water tank with a space therebetween; and a ground electrode provided to be located in the water to be treated stored in the water tank.
  • a plasma sterilized water generation device having the following: a decompression pump is connected to the decompression chamber to reduce the pressure of a gaseous atmosphere so that the inside of the decompression chamber becomes an extremely low vacuum.
  • the device of Patent Document 2 has a pair of electrodes installed in a water tank installed in a decompression chamber so that the ground electrode is located in the water, and generates plasma between the electrodes to create an extremely low vacuum inside the decompression chamber to perform plasma sterilization. This is a configuration that generates water.
  • the apparatus of Patent Document 2 unlike Patent Document 1, has a configuration specialized for treating water with plasma. However, in Patent Document 2, water treatment must be performed in an extremely low vacuum environment, and the device is not of a simple configuration that can easily generate plasma-treated water.
  • the present invention has been made to solve the above and other problems, and is a liquid processing device and liquid processing device that can safely and stably process a liquid with a simple configuration using low-temperature plasma at atmospheric pressure.
  • One purpose is to provide a method.
  • one aspect of the present invention is that the cylindrical space is provided so as to face each other with a dielectric layer interposed therebetween, with a cylindrical space through which a gas to be treated flows through the cylindrical space.
  • a first electrode and a second electrode sealed within an insulating cylindrical member defining a cylindrical space;
  • a power supply section that applies a voltage signal that changes over time;
  • a gas suction means that is connected to the cylindrical space at a position a predetermined distance from the gas outlet of the cylindrical space;
  • the liquid to be mixed flows through the gas suction means, and due to the reduced pressure caused by the flowing liquid, the gas treated by the plasma in the cylindrical space is sucked into the liquid and mixed with the liquid. It is a processing device.
  • the gas is sealed within an insulating cylindrical member defining the cylindrical space, which is provided so as to face each other with a dielectric layer interposed therebetween, across a cylindrical space through which the gas to be treated flows.
  • Plasma is generated in the cylindrical space by applying a voltage signal that changes over time between the first electrode and the second electrode, which are stopped, and the plasma is separated from the outlet of the gas in the cylindrical space by a predetermined distance.
  • a gas suction means is connected to the cylindrical space at a position in which a liquid to be mixed with the gas flows through the gas suction means, and the reduced pressure caused by the flowing liquid causes the inside of the cylindrical space to increase. In this liquid processing method, the gas treated by the plasma is sucked into the liquid and the two are mixed.
  • a liquid processing device and a liquid processing method that can safely and stably process a liquid with a simple configuration using low-temperature plasma at atmospheric pressure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a liquid processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic side view of a plasma generation device used in a liquid processing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the plasma generation device of FIG. 2.
  • FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a liquid processing apparatus 1 according to this embodiment.
  • the liquid processing device 1 includes a plasma generation device 10 for generating atmospheric pressure low-temperature plasma, an aspirator 20 as a gas suction means, a power supply device 30 for supplying power to the plasma generation device 10, and a flow rate adjustment device 50 for adjusting the flow rate of gas supplied to the plasma generation device 10.
  • a gas to be subjected to plasma processing is supplied into the plasma generating apparatus 10 through a conduit 40a connected to its upper opening.
  • a flow rate adjustment device 50 is provided in the middle of the conduit 40a to adjust the flow rate of gas supplied from the conduit 40a to the plasma generation device 10.
  • the flow rate adjustment device 50 includes a valve device for adjusting the flow rate of gas passing through the conduit 40a, and the opening degree of the valve device is adjusted based on a detected value from a pressure sensor 60, which will be described later.
  • the gas treated by the atmospheric pressure low-temperature plasma in the plasma generation device 10 passes through the pipe 40b connected to the lower opening of the plasma production device 10, and then passes through the intake air of the aspirator 20 connected to the other end of the pipe 40b. sucked into the mouth.
  • the conduit 40b is provided with a pressure sensor 60 for measuring the pressure within the conduit 40b.
  • the pressure sensor 60 transmits the measured value of the pressure within the conduit 40b to the flow rate adjustment device 50 provided in the conduit 40a.
  • the flow rate adjustment device 50 adjusts the opening degree of the valve device based on the pressure measurement value in the pipeline 40b received from the pressure sensor 60 so that the interior of the pipeline 40b is in a predetermined negative pressure state lower than atmospheric pressure. Adjust.
  • the plasma generation device 10 has the function of generating atmospheric pressure low-temperature plasma in a cylindrical space formed by a hollow cylindrical member, and decomposing gas passing through the cylindrical space to generate various active species. .
  • the gas to be treated can be appropriately selected depending on the type of active species generated by the plasma treatment.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the plasma generation device 10
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the plasma generation device 10.
  • the plasma generation device 10 includes a hollow cylindrical main body 12, a first electrode 14a and a second electrode 14b each formed of a strip-shaped conductive material and sealed in the main body 12, and
  • the second electrode 14b includes electrode terminals 16a and 16b provided at one end of each.
  • the main body part 12 as an insulating cylindrical member is a member made of a dielectric material formed into a hollow cylindrical shape, and defines a cylindrical space in which atmospheric pressure low-temperature plasma is generated.
  • the main body portion 12 is formed by providing an outer layer 12b made of a resin material around the outer periphery of a glass tube 12a.
  • the first electrode 14a and the second electrode 14b are each formed of a thin strip-shaped conductive material.
  • the first electrode 14a and the second electrode 14b are preferably formed of, for example, a copper foil tape, but are not limited thereto. As illustrated in FIGS.
  • the first electrode 14a and the second electrode 14b each have a spiral shape that rotates around the central axis of the main body 12, and the spiral-shaped The first electrode 14a and the second electrode 14b are further arranged to form a double helix around the central axis.
  • the first electrode 14a and the second electrode 14b are wrapped around the outer peripheral surface of the glass tube 12a, and are molded and sealed with a resin material forming the outer layer 12b.
  • a strip-shaped conductor having a width W and forming each electrode 14a, 14b is spirally wound N times at a winding pitch P. Referring to FIG.
  • each electrode 14a, 14b has a thickness T and is sealed within an outer layer 12b constituting the main body portion 12. As shown in FIG. Therefore, the first electrode 14a and the second electrode 14b are arranged to face each other with the cylindrical space in between and the glass tube 12a of the main body 12 interposed therebetween.
  • a high voltage is applied between the first electrode 14a and the second electrode 14b by the power supply device 30, which will be described later, a dielectric barrier discharge occurs between the first electrode 14a and the second electrode 14b, and the Atmospheric pressure low temperature plasma is generated within the cylindrical space.
  • the generated atmospheric pressure low-temperature plasma acts on air and water vapor to generate, for example, singlet oxygen ( 1 O 2 ), ozone (O 3 ), hydroxyl radicals, etc.
  • Active species are generated, including various radicals such as (OH), superoxide anion radical (O 2 ⁇ ), hydroperoxy radical (HO 2 ), and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
  • Gas containing these active species is supplied to the aspirator 20 through a pipe 40b connected to the downstream side of the plasma generation device 10. As shown in FIG. 1, a distance S is maintained between the electrode terminal 16b of the plasma generation device 10 and the inlet port 24 of the aspirator 20 by a conduit 40b.
  • the distance S may be determined based on the specifications of the high voltage applied to the electrode terminals 16a, 16b of the plasma generation device 10, etc.
  • the power supply device 30 has a function of applying a high voltage between the first electrode 14a and the second electrode 14b of the plasma generation device 10.
  • the power supply device 30 includes a power conversion device that receives a commercial power source of AC 100 V and 50/60 Hz and converts the input into a high voltage to be applied between the electrodes.
  • the power conversion device includes, for example, a transformer, an AC/DC converter, or a combination of an AC/DC converter and a DC/AC inverter, and a high voltage of DC or AC is applied between the first electrode 14a and the second electrode 14b. It is possible to apply. Any boosting and switching circuit can be used to generate the high voltage.
  • the power supply device 30 is configured to be able to apply an appropriate high voltage between the first electrode 14a and the second electrode 14b.
  • the output voltage may be adjusted by parameters such as the distance between the electrodes, the material of the electrodes, the planar dimensions, and the thickness.
  • the voltage to be applied may be either direct current or alternating current, and its frequency may also be determined as appropriate.
  • the voltage waveform may also be an appropriate waveform such as a sine wave.
  • the aspirator 20 is a device for mixing the gas processed by the plasma generation device 10 with the liquid to be processed by the liquid processing device 1 of this embodiment.
  • the aspirator 20 includes a tubular main body 22 through which a liquid to be treated, which is also a working fluid that causes a pressure reduction effect, flows, and an intake port 24 protruding from the side of the tubular main body 22.
  • Pipe lines 40c and 40d are connected to the openings at both ends of the tubular body part 22, and the liquid to be treated flows into the aspirator 20 from the pipe line 40c side and passes through the venturi V provided in the tubular body part 22. and flows out to the pipe 40d side.
  • a conduit 40d is connected to the opening of the intake port 24, and the gas exiting the plasma generation device 10 is introduced into the aspirator 20.
  • the aspirator 20 functions to reduce the pressure in the space surrounding the flow by utilizing the increase in dynamic pressure caused by the increased velocity of the fluid passing through the venturi V.
  • the pressure in the space communicating with the intake port 24 is reduced, whereby the gas treated by the plasma generation device 10 is transferred from the conduit 40b to the mixing chamber 2 in the aspirator 20. and mixed with the liquid to be treated flowing through the venturi V.
  • a check valve 28 is provided between the mixing chamber 26 and the pipe line 40b to prevent the liquid to be treated from flowing into the pipe line 40b.
  • the operation of the liquid processing apparatus 1 of this embodiment which has the configuration described above with reference to FIGS. 1 to 3, will be described. Note that the order of explanation is for convenience, and it is not necessary to operate the apparatus in the order of explanation.
  • the power supply device 30 is operated to apply a high voltage between the first electrode 14a and the second electrode 14b of the plasma generation device 10, and a dielectric barrier discharge is generated between the two electrodes. This dielectric barrier discharge generates atmospheric pressure low-temperature plasma in the cylindrical space of the main body portion 12 .
  • the liquid to be treated is caused to flow into the aspirator 20 from the conduit 40c.
  • the pressure inside the mixing chamber 26 of the aspirator 20 is reduced, and gas is introduced into the mixing chamber 26 through the pipe 40b connected to the intake port 24. 3.
  • the gas introduced into the mixing chamber 26 is treated by the plasma generator 10 and contains various active species.
  • This plasma treated gas is mixed with the liquid in the mixing chamber 26.
  • bubbling in which gas is mixed in the form of bubbles into the liquid passing through the aspirator 20 can occur.
  • various active species contained in the plasma-treated gas can be efficiently introduced into the liquid.
  • the liquid flowing out from the aspirator 20 through the conduit 40d is mixed with various active species contained in the gas. This liquid containing active species can be utilized for various purposes including sterilization, removal of various viruses, and inactivation.
  • Example> The liquid processing device 1 according to the embodiment of the present invention described above was manufactured with the following specifications and an experiment was conducted.
  • the first electrode 14a and the second electrode 14b are made of copper foil tape with a thickness (T) of 0.1 mm and a width (W) of 2 mm, and a glass tube with a wall thickness (t) of 0.8 mm and an outer diameter (d) of 4 mm. 12a and molded with an outer layer 12b made of a resin material having a thickness of about 2.5 mm and an outer diameter (D) of about 9 mm.
  • the first electrode 14a and the second electrode 14b were each wound six times at a pitch of 10 mm.
  • the thickness of the dielectric layer interposed between the electrodes was approximately 1.6 mm, which was twice the thickness of the glass tube 12a.
  • the length of the glass tube 12a was approximately 120 mm, of which the outer layer 12b was provided over approximately 90 mm.
  • Aspirator 20 As the aspirator 20, a commercially available general-purpose item was used. Tap water was supplied as the liquid to be treated.
  • Power supply device 30 A sine wave output with a frequency of 50 Hz and a voltage of 15 kVrms was obtained by inputting a commercial AC power supply of AC 100 V and 50 Hz.
  • a simple manual flow rate adjustment valve is used as a flow rate adjustment device, and pressure reduction and bubbling are applied by the aspirator 20.
  • the plasma-treated air is mixed with tap water in the aspirator 20. It was confirmed that the mixture was well mixed and flowed out.
  • a liquid processing apparatus 1 is provided so as to face each other with a dielectric layer interposed therebetween, with a cylindrical space through which a gas to be treated flows, and an insulating material that defines the cylindrical space.
  • a temporal change is made between the first electrode 14a and the second electrode 14b sealed in the cylindrical member, and the first electrode 14a and the second electrode 14b sealed in the cylindrical space.
  • an aspirator 20 connected to the cylindrical space at a position a predetermined distance from the outlet of the gas in the cylindrical space, the liquid being mixed with the gas. flows through the aspirator 20, and due to the reduced pressure caused by the flowing liquid, the gas treated by the plasma in the cylindrical space is drawn into and mixed with the liquid.
  • atmospheric pressure low temperature plasma is generated within the cylindrical space by dielectric barrier discharge between the first electrode 14a and the second electrode 14b, and various active species are generated from the gas within the cylindrical space.
  • the active species can be safely and efficiently mixed with the liquid to be treated with a simple configuration.
  • the first electrode 14a and the second electrode 14b may form a double helix while rotating each other around the central axis of the cylindrical space.
  • the liquid processing device 1 may include a flow rate adjustment device 50 on the upstream side of the gas inlet of the cylindrical space, which controls the flow rate of the gas so that negative pressure is maintained in the aspirator 20.
  • the gas processed in the plasma generation device 10 is smoothly and continuously mixed with the liquid in the aspirator 20.
  • a liquid processing method includes a first electrode 14a and a second electrode 14b, which are provided to face each other with a dielectric layer interposed therebetween, with a cylindrical space through which a gas to be processed flows.
  • a time-varying voltage signal is applied to generate plasma in the cylindrical space, and an aspirator 20 is connected to the cylindrical space at a predetermined distance from the gas outlet of the cylindrical space.
  • the liquid to be mixed with the gas is caused to flow through the aspirator 20, and the gas treated by the plasma in the cylindrical space is sucked into the liquid by the reduced pressure caused by the flowing liquid. to mix both.
  • atmospheric pressure low temperature plasma is generated within the cylindrical space by dielectric barrier discharge between the first electrode 14a and the second electrode 14b, and various active species are generated from the gas within the cylindrical space. At the same time, the active species can be safely and efficiently mixed into the liquid to be treated.
  • first electrode 14a and the second electrode 14b may have a shape other than a spiral shape, such as a linear shape.

Abstract

大気圧低温プラズマにより、安全に、かつ安定的に液体を処理することができる液体処理装置等を提供すること。　液体処理装置（１）は、処理対象の気体を流通させる筒状空間を隔てて、誘電体層を介して対向するように設けられ、前記筒状空間を画成する本体部（１２）内に封止されている第１電極（１４ａ）及び第２電極（１４ｂ）と、前記筒状空間にプラズマを生成させるために、第１電極（１４ａ）と第２電極（１４ｂ）との間に、時間的に変化する電圧信号を印加する電源装置（３０）と、前記筒状空間の前記気体の出口から所定距離離れた位置において前記筒状空間に接続されているアスピレータ（２０）と、を備え、前記気体と混合される液体がアスピレータ（２０）を貫流するように流通し、当該流通する液体がもたらす減圧によって、前記筒状空間内で前記プラズマによって処理された前記気体が前記液体に吸引され混合される。

Description

液体処理装置及び液体処理方法
　本発明は、液体処理装置及び液体処理方法に関する。
　様々な物質の表面処理、液体の処理等に、プラズマが広く利用されている。特に大気圧低温プラズマは、特別な減圧環境なども必要なく、簡便に生成することができるため、種々のガスをプラズマ化して種々の物質を処理するために利用されている。例えば特許文献１には、大気圧下で様々なガスを安定して低温プラズマ化することを目的としたマルチガスプラズマジェット装置が提案されている。特許文献１の装置は、対象ガス導入口とプラズマ噴出口とを有する絶縁管と、絶縁管外周に沿設又は絶縁管内に封設され、その長軸が導入口から噴出孔への方向に配されている帯状電極を有する電極部、電極部に所定電圧を印加して絶縁管内に大気圧下でグロー放電を生起させる電源供給部とを備えている。特許文献１に記載されているプラズマジェット装置は、絶縁管内のグロー放電によって生起された低温プラズマによるマルチガスプラズマを絶縁管の噴出口から噴出させ、物質表面の処理等を行うことができると考えられる。しかし、このプラズマジェット装置を水等の液体の処理に適用することには問題がある。液体を処理するためにはプラズマジェットの噴出口を液体内に差し入れる必要があるが、特許文献１の装置では、絶縁管の噴出口を液体内に差し入れた場合、電極部と液体の液面とが近接するため、絶縁管による電極部の絶縁が破れて液体に電極部から漏電するおそれがある。このような状態では、特許文献１のプラズマ時ジェット装置により安定して低温プラズマを発生させつつ液体を処理することができないという問題があった。
　この点、特許文献２には、減圧チャンバと、前記減圧チャンバの内部に配置され、被処理水を貯留する箱型の水槽と、前記減圧チャンバの内部に配置される一対の電極と、前記一対の電極に交流電圧を印加する電源と、を有し、前記一対の電極は、前記水槽に貯留された被処理水の水面上方に位置するように設けられた平板状の電極と、前記平板状の電極の下面側に設けられ、前記水槽に貯留された被処理水の水面と空間を介して対向する誘電体と、前記水槽に貯留された被処理水中に位置するように設けられた接地極と、を有し、前記減圧チャンバには、前記減圧チャンバの内部が極低真空となるように気相雰囲気を減圧する減圧ポンプが接続されているプラズマ殺菌水生成装置が記載されている。
特開２０１３－２２５４２１号公報 特開２０１９－１８８３１１号公報
　特許文献２の装置は、減圧チャンバ内に設置した水槽に、接地極が水中に位置するように一対の電極を設け、減圧チャンバ内を極低真空状態として電極間にプラズマを発生させてプラズマ殺菌水を生成する構成である。特許文献２の装置は、特許文献１とは異なり、水をプラズマで処理する用途に特化された構成を有している。しかしながら、特許文献２では水処理を極低真空の環境下で行わなければならず、手軽にプラズマ処理水を生成することができるような簡易な構成の装置ではない。
　本発明は、上記の及び他の課題を解決するためになされたもので、大気圧低温プラズマにより簡易な構成で、安全に、かつ安定的に液体を処理することができる液体処理装置及び液体処理方法を提供することを一つの目的としている。
　上記の及び他の目的を達成するための、本発明の一態様は、処理対象の気体を流通させる筒状空間を隔てて、誘電体層を介して対向するように設けられ、前記筒状空間を画成する絶縁性円筒部材内に封止されている第１電極及び第２電極と、前記筒状空間にプラズマを生成させるために、前記第１電極と前記第２電極との間に、時間的に変化する電圧信号を印加する電源部と、前記筒状空間の前記気体の出口から所定距離離れた位置において前記筒状空間に接続されている気体吸引手段と、を備え、前記気体と混合される液体が前記気体吸引手段を貫流するように流通し、当該流通する液体がもたらす減圧によって、前記筒状空間内で前記プラズマによって処理された前記気体が前記液体に吸引され混合される液体処理装置である。
　本発明の他の態様は、処理対象の気体を流通させる筒状空間を隔てて、誘電体層を介して対向するように設けられ、前記筒状空間を画成する絶縁性円筒部材内に封止されている第１電極及び第２電極の間に、時間的に変化する電圧信号を印加して前記筒状空間内にプラズマを発生させ、前記筒状空間の前記気体の出口から所定距離離れた位置において前記筒状空間に気体吸引手段を接続し、前記気体と混合される液体を、前記気体吸引手段を貫流するように流通させ、当該流通する液体がもたらす減圧によって、前記筒状空間内で前記プラズマによって処理された前記気体を前記液体に吸引させて両者を混合させる液体処理方法である。
　本発明によれば、大気圧低温プラズマにより簡易な構成で、安全に、かつ安定的に液体を処理することができる液体処理装置及び液体処理方法が提供される。
図１は、本発明の一実施形態に係る液体処理装置の構成例を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る液体処理装置に使用されるプラズマ生成装置の模式側面図である。 図３は、図２のプラズマ生成装置の模式断面図である。
　以下、本発明につき、その実施形態に即して図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものでない。また、以下の説明において参照する各図は、本開示の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は、各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものでない。
＜液体処理装置＞
　まず、本発明の一実施形態に係る液体処理装置の全体構成について説明する。図１に、本実施形態に係る液体処理装置１の全体構成を模式的に示している。図１に示すように、液体処理装置１は、大気圧低温プラズマを生成するためのプラズマ生成装置１０、気体吸引手段としてのアスピレータ２０、プラズマ生成装置１０に電力を供給するための電源装置３０、及びプラズマ生成装置１０に供給される気体の流量を調整するための流量調整装置５０を備えている。
　図１において、プラズマ生成装置１０内に、その上部開口に接続された管路４０ａを通じて、プラズマ処理の対象となる気体が供給される。管路４０ａの途中には、流量調整装置５０が設けられ、管路４０ａからプラズマ生成装置１０へ供給される気体の流量を調整している。流量調整装置５０は、管路４０ａを通過する気体の流量を調整するための弁装置を有し、弁装置の開度は、後述する圧力センサ６０からの検出値に基づいて調整される。
　プラズマ生成装置１０において大気圧低温プラズマによって処理された気体は、プラズマ生成装置１０の下方開口に接続されている管路４０ｂを通って、管路４０ｂの他端に接続されているアスピレータ２０の吸気口内に吸引される。管路４０ｂには、管路４０ｂ内の圧力を計測するための圧力センサ６０が設けられている。圧力センサ６０は、管路４０ｂ内の圧力の計測値を管路４０ａに設けられた流量調整装置５０に送信している。流量調整装置５０は、圧力センサ６０から受信した管路４０ｂ内の圧力計測値に基づいて、管路４０ｂ内が、大気圧よりも低い所定の負圧状態となるように、弁装置の開度を調整する。
＜プラズマ生成装置＞
　プラズマ生成装置１０は、中空円筒状の部材によって形成される筒状空間において大気圧低温プラズマを生成させ、その筒状空間内を通過させる気体を分解して種々の活性種を生成する機能を供する。処理対象としての気体は、空気のほか、プラズマ処理によって生成される活性種の種類に応じて適宜選択することができる。図２に、プラズマ生成装置１０の模式的な側面図を、図３に、プラズマ生成装置１０の模式的な横断面図を示している。
　プラズマ生成装置１０は、中空円筒状の本体部１２と、本体部１２に封止されているそれぞれ帯状の導電性材料で形成された第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂと、第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂそれぞれの一端部に設けられた電極端子１６ａ，１６ｂとを備えている。
　絶縁性円筒部材としての本体部１２は、誘電体材料を中空円筒状に形成してなる部材であり、その内部に大気圧低温プラズマが生成される空間である筒状空間を画成している。本実施形態では、本体部１２は、ガラスチューブ１２ａの外周に樹脂材料で形成された外層１２ｂを設けることによって形成されている。第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂは、それぞれ薄い帯状の導電性材料によって形成されている。第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂは、例えば銅箔テープによって好適に形成されるが、これに限定されるものではない。図１～図３に例示されるように、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂは、それぞれが本体部１２の中心軸の周りに旋回するようならせん形状とされているとともに、らせん形の第１電極１４ａ、第２電極１４ｂがさらに互いに前記中心軸周りに二重らせんを形成するように配置されている。図３に示すように、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂは、ガラスチューブ１２ａの外周面に卷回された状態で、外層１２ｂを形成する樹脂材料によってモールドされ、封止されている。図２に例示するように、本実施形態では、各電極１４ａ，１４ｂを形成する、幅がＷの帯状導電体が、巻きピッチＰでＮ回、らせん状に巻回されている。図３を参照すると、各電極１４ａ，１４ｂは、厚さがＴであり、本体部１２を構成する外層１２ｂ内に封止されている。このため、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂは、筒状空間を挟んで、本体部１２のガラスチューブ１２ａを介して対向配置されることになる。第１電極１４ａ、第２電極１４ｂの間に後述する電源装置３０によって高電圧を印加すると、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ間で誘電体バリア放電が発生し、本体部１２に囲まれた筒状空間内に大気圧低温プラズマが生成される。プラズマ生成装置１０の筒状空間内では、生成された大気圧低温プラズマが空気、水蒸気に作用して、公知のように、例えば一重項酸素（１Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、ヒドロキシラジカル（ＯＨ）、スーパーオキシドアニオンラジカル（Ｏ２ －）、ヒドロペルオキシラジカル（ＨＯ２）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）のような種々のラジカルを含む活性種が生成される。これらの活性種を含む気体は、プラズマ生成装置１０の下流側に接続されている管路４０ｂを通ってアスピレータ２０へ供給される。図１に示すように、プラズマ生成装置１０の電極端子１６ｂとアスピレータ２０の吸気口２４との間には、管路４０ｂによって、距離Ｓの間隔が確保されている。この間隔によって、プラズマ生成装置１０の電極から処理対象液体への漏電といった不測の事態を防止することができ、液体処理装置１の安全性が担保されている。距離Ｓは、プラズマ生成装置１０の電極端子１６ａ、１６ｂに印加される高電圧の仕様等に基づいて決定すればよい。
＜電源装置＞
　電源装置３０は、プラズマ生成装置１０の第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に高電圧を印加する機能を有する。本実施形態では、電源装置３０は、商用電源のＡＣ１００Ｖ、５０／６０Ｈｚを入力として、その入力を前記電極間に印加すべき高電圧に変換するための電力変換装置を含んでいる。電力変換装置としては、例えばトランス、ＡＣ／ＤＣコンバータ、あるいはＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータとの組合せを含み、第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に直流又は交流の高電圧を印加できるようにしている。高電圧の生成には、任意の昇圧、スイッチング回路を用いることができる。一例としては、電源装置３０は、第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に、適宜の高電圧を印加することができるように構成する。具体的には、電極間距離、電極の材質、平面寸法、厚さ等のパラメータによって出力電圧を調整すればよい。印加する電圧は直流又は交流のいずれでもよく、その周波数も適宜決定すればよい。また電圧波形も、正弦波等の適宜の波形としてよい。
＜アスピレータ＞
　アスピレータ２０は、プラズマ生成装置１０によって処理された気体を、本実施形態の液体処理装置１による処理対象の液体と混合させるための装置である。図１に示すように、アスピレータ２０は、減圧作用を起こさせる動作流体でもある処理対象液体を流通させるための管状本体部２２と、管状本体部２２の側部に突設される吸気口２４とを備える。管状本体部２２の両端開口には管路４０ｃ、４０ｄがそれぞれ接続されていて、処理対象液体は、管路４０ｃ側からアスピレータ２０に流入し、管状本体部２２内に設けられているベンチュリＶを通って管路４０ｄ側へと流出する。吸気口２４の開口には、管路４０ｄが接続されていて、プラズマ生成装置１０を出た気体がアスピレータ２０内へ導入されるように構成されている。周知のように、アスピレータ２０は、ベンチュリＶを通過する流体の増速により動圧が増加するのを利用して、流れの周囲の空間を減圧させる作用をなす。図１のアスピレータ２０では、ベンチュリＶを処理対象液体が通過すると吸気口２４に連通する空間が減圧され、それによって管路４０ｂからプラズマ生成装置１０によって処理された気体がアスピレータ２０内の混合室２６に吸引され、ベンチュリＶを通って流れる処理対象液体と混合される。混合室２６と管路４０ｂとの間には逆止弁２８が設けられており、処理対象液体が管路４０ｂ内へ流入するのを防止している。また、アスピレータ２０の吸引作用でプラズマ生成装置１０の本体部１２内も減圧されるので、本体部１２内の筒状空間において電極間にプラズマが発生しやすくなる効果を得ることもできる。
＜液体処理装置の作用＞
　以上、図１～図３を参照して説明した構成を有する、本実施形態の液体処理装置１の作用について説明する。なお、説明の順序は便宜的なものであって、説明の順序通りに装置を動作させる必要があるわけではない。
１．電源装置３０を動作させ、プラズマ生成装置１０の第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に高電圧を印加し、両電極間で誘電体バリア放電を発生させる。この誘電体バリア放電により、本体部１２の筒状空間において大気圧低温プラズマが生成される。
２．管路４０ｃからアスピレータ２０へ処理対象液体を流入させる。処理対象液体がアスピレータ２０のベンチュリＶを通過することによってアスピレータ２０の混合室２６内が減圧され、吸気口２４に接続された管路４０ｂを通じて混合室２６内に気体が導入される。
３．混合室２６内に導入される気体は、プラズマ生成装置１０によって処理されて各種活性種を含んでいる。このプラズマ処理された気体は混合室２６内で液体と混合される。この際、流量調整装置５０により管路４０ｂからアスピレータ２０に供給される気体の流量を調整することにより、アスピレータ２０を通過する液体に気体が気泡状態で混入されるバブリングを起こさせることができる。このようなバブリング状態で気体を混入させることで、プラズマ処理された気体に含まれる各種活性種を効率よく液体中に導入することができる。アスピレータ２０から管路４０ｄを通じて流出する液体には、前記気体に含まれていた各種活性種が混入された状態となる。この活性種を含む液体は、殺菌、各種ウイルスの除去、不活化を含む種々の用途に活用することができる。
＜実施例＞
　上記した本発明の一実施形態に係る液体処理装置１を、以下の仕様で製作して実験を行った。
（１）プラズマ生成装置１０
　第１電極１４ａ、第２電極１４ｂを、厚さ（Ｔ）０．１ｍｍ、幅（Ｗ）２ｍｍの銅箔テープを、壁厚さ（ｔ）０．８ｍｍ、外径（ｄ）４ｍｍのガラスチューブ１２ａの外周に巻き付け、樹脂材料で形成された厚さ約２．５ｍｍ、外径（Ｄ）約９ｍｍの外層１２ｂによりモールドして構成した。第１電極１４ａ、第２電極１４ｂは、それぞれ１０ｍｍピッチで６回巻きとした。電極間に介在する誘電体層の厚さはガラスチューブ１２ａの厚さの２倍である約１．６ｍｍであった。なお、ガラスチューブ１２ａの長さは約１２０ｍｍ、うち約９０ｍｍにわたって外層１２ｂを設けた。
（２）アスピレータ２０
　アスピレータ２０は、市販の汎用品を用いた。処理対象液体としては、水道水を供給した。
（３）電源装置３０
　ＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚの商用交流電源を入力として、周波数５０Ｈｚ、電圧１５ｋＶｒｍｓの正弦波の出力を得た。
　以上の構成要素を組み合わせて、流量調整装置としては簡易的に手動の流量調整バルブを用いてアスピレータ２０による減圧、バブリングが作用するようにしたところ、プラズマ処理された空気がアスピレータ２０において水道水と良好に混合されて流出することが確認された。
　以上説明した実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
　本発明の一実施形態による液体処理装置１は、処理対象の気体を流通させる筒状空間を隔てて、誘電体層を介して対向するように設けられ、前記筒状空間を画成する絶縁性円筒部材内に封止されている第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂと、前記筒状空間にプラズマを生成させるために、第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に、時間的に変化する電圧信号を印加する電源装置３０と、前記筒状空間の前記気体の出口から所定距離離れた位置において前記筒状空間に接続されているアスピレータ２０と、を備え、前記気体と混合される液体がアスピレータ２０を貫流するように流通し、当該流通する液体がもたらす減圧によって、前記筒状空間内で前記プラズマによって処理された前記気体が前記液体に吸引され混合される。
　このようにすれば、第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂの間の誘電体バリア放電により筒状空間内に大気圧低温プラズマが生成され、筒状空間内の気体から各種の活性種を生成することができるとともに、その活性種を処理対象としての液体に対して簡易な構成で、安全に、かつ効率的に混合させることができる。
　液体処理装置１において、第１電極１４ａと第２電極１４ｂとが、前記筒状空間の中心軸の周りにおいて、互いに旋回し合いつつ二重らせんを形成しているとしてもよい。
　このようにすれば、第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に継続的に誘電体バリア放電を生じさせ、筒状空間内において安定した大気圧低温プラズマを生成することができる。
　液体処理装置１は、前記筒状空間の前記気体の入口の上流側に、アスピレータ２０において負圧が維持されるように前記気体の流量を制御する流量調整装置５０を備えているとしてもよい。
　このようにすれば、プラズマ生成装置１０において処理された気体が、アスピレータ２０において円滑に、かつ継続して液体と混合される。
　本発明の他の実施形態による液体処理方法は、処理対象の気体を流通させる筒状空間を隔てて、誘電体層を介して対向するように設けられた第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂの間に、時間的に変化する電圧信号を印加して前記筒状空間内にプラズマを発生させ、前記筒状空間の前記気体の出口から所定距離離れた位置において前記筒状空間にアスピレータ２０を接続し、前記気体と混合される液体を、アスピレータ２０を貫流するように流通させ、当該流通する液体がもたらす減圧によって、前記筒状空間内で前記プラズマによって処理された前記気体を前記液体に吸引させて両者を混合させる。
　このようにすれば、第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂの間の誘電体バリア放電により筒状空間内に大気圧低温プラズマが生成され、筒状空間内の気体から各種の活性種を生成することができるとともに、その活性種を処理対象としての液体に、安全に、かつ効率的に混合させることができる。
　以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、上記実施形態と変形例の各構成を組み合わせることも可能である。更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　例えば、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂは、直線状等、螺旋形以外の形状としてもよい。
１　液体処理装置
１０　プラズマ生成装置
１２　本体部
１４ａ　第１電極
１４ｂ　第２電極
２０　アスピレータ
３０　電源装置
５０　流量調整装置
６０　圧力センサ
Ｖ　ベンチュリ

Claims (4)

  1. 　処理対象の気体を流通させる筒状空間を隔てて、誘電体層を介して対向するように設けられ、前記筒状空間を画成する絶縁性円筒部材内に封止されている第１電極及び第２電極と、
    　前記筒状空間にプラズマを生成させるために、前記第１電極と前記第２電極との間に、時間的に変化する電圧信号を印加する電源部と、
    　前記筒状空間の前記気体の出口から所定距離離れた位置において前記筒状空間に接続されている気体吸引手段と、を備え、
    　前記気体と混合される液体が前記気体吸引手段を貫流するように流通し、当該流通する液体がもたらす減圧によって、前記筒状空間内で前記プラズマによって処理された前記気体が前記液体に吸引され混合される、
    液体処理装置。
  2. 　前記第１電極と前記第２電極とが、前記筒状空間の中心軸の周りにおいて、互いに旋回し合いつつ二重らせんを形成している、
    請求項１に記載の液体処理装置。
  3. 　前記筒状空間の前記気体の入口の上流側に、前記気体吸引手段において負圧が維持されるように前記気体の流量を制御する流量制御手段を備えている、
    請求項１又は２に記載の液体処理装置。
  4. 　処理対象の気体を流通させる筒状空間を隔てて、誘電体層を介して対向するように設けられ、前記筒状空間を画成する絶縁性円筒部材内に封止されている第１電極及び第２電極の間に、時間的に変化する電圧信号を印加して前記筒状空間内にプラズマを発生させ、
    　前記筒状空間の前記気体の出口から所定距離離れた位置において前記筒状空間に気体吸引手段を接続し、
    　前記気体と混合される液体を、前記気体吸引手段を貫流するように流通させ、当該流通する液体がもたらす減圧によって、前記筒状空間内で前記プラズマによって処理された前記気体を前記液体に吸引させて両者を混合させる、
    液体処理方法。
PCT/JP2023/006267 2022-04-13 2023-02-21 液体処理装置及び液体処理方法 WO2023199604A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-066343 2022-04-13
JP2022066343A JP2023156780A (ja) 2022-04-13 2022-04-13 液体処理装置及び液体処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023199604A1 true WO2023199604A1 (ja) 2023-10-19

Family

ID=88329266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/006267 WO2023199604A1 (ja) 2022-04-13 2023-02-21 液体処理装置及び液体処理方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023156780A (ja)
WO (1) WO2023199604A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05202481A (ja) * 1990-12-28 1993-08-10 Res Dev Corp Of Japan 管内大気圧グロープラズマ反応方法
JP2013519188A (ja) * 2010-01-26 2013-05-23 ライプニッツ−インスティテュート ファー プラズマフォーチュング ウント テクノロジー イー．ヴイ． 中空体内での放電発生装置及び方法
JP2013129544A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd オゾン生成及びオゾン溶解装置
WO2016017456A1 (ja) * 2014-07-28 2016-02-04 日本碍子株式会社 処理装置、殺菌装置、殺菌水及び殺菌方法
JP6818952B1 (ja) * 2020-04-09 2021-01-27 三菱電機株式会社 酸素ラジカル供給装置および酸素ラジカル供給方法
JP7034388B1 (ja) * 2021-03-03 2022-03-11 三菱電機株式会社 活性粒子供給装置、およびそれを用いた水処理システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05202481A (ja) * 1990-12-28 1993-08-10 Res Dev Corp Of Japan 管内大気圧グロープラズマ反応方法
JP2013519188A (ja) * 2010-01-26 2013-05-23 ライプニッツ−インスティテュート ファー プラズマフォーチュング ウント テクノロジー イー．ヴイ． 中空体内での放電発生装置及び方法
JP2013129544A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd オゾン生成及びオゾン溶解装置
WO2016017456A1 (ja) * 2014-07-28 2016-02-04 日本碍子株式会社 処理装置、殺菌装置、殺菌水及び殺菌方法
JP6818952B1 (ja) * 2020-04-09 2021-01-27 三菱電機株式会社 酸素ラジカル供給装置および酸素ラジカル供給方法
JP7034388B1 (ja) * 2021-03-03 2022-03-11 三菱電機株式会社 活性粒子供給装置、およびそれを用いた水処理システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023156780A (ja) 2023-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6007785A (en) Apparatus for efficient ozone generation
JP5007386B2 (ja) ラジカル滅菌装置
JP5891341B2 (ja) プラズマ生成装置及び方法
CN104013985B (zh) 便携式微等离子体消毒器
US20100021340A1 (en) Method and device for the disinfection of objects
CN105858814B (zh) 一种阵列式高密度水中介质阻挡放电废水处理装置
CN107207253B (zh) 一种用于产生过氧化氢的方法和装置
CN104609509B (zh) 一种等离子体清洗装置
WO2018143458A1 (ja) 液中プラズマ装置
WO2012147911A1 (ja) プラズマ生成方法及び生成装置
CN106390702A (zh) 一种利用羟基自由基处理有机废气的装置和方法
WO2023199604A1 (ja) 液体処理装置及び液体処理方法
KR20140104360A (ko) 수 처리 장치
JP2012040505A (ja) 液体処理装置
WO2022185429A1 (ja) 活性粒子供給装置、およびそれを用いた水処理システム
US11877378B2 (en) Plasma fine bubble liquid generating apparatus
CN207957861U (zh) 一种自发电自来水去污杀菌水处理装置
US20230414811A1 (en) Liquid processing apparatus with atmospheric, low-temperature plasma activation
JP5879530B2 (ja) 液体処理装置
CN117277064A (zh) 基于微等离子体放电制备负氧离子的装置及方法
EP0965560B1 (en) Procee for efficient ozone generation
WO2023148845A1 (ja) 水処理装置および水処理方法
CN115154626A (zh) 一种低温等离子体杀菌净化装置
CN2568621Y (zh) 臭氧发生器
JP6573513B2 (ja) 紫外線照射装置および放電ランプ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23788027

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1